代谢组学通过分析特定表型下小分子的变化来研究相关生物化学反应机理并描述相关代谢行为,在生化研究,疾病诊断,营养健康等领域广泛应用。液相色谱质谱联用（liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS）具有高灵敏度与选择性的特点而成为代谢组学研究的有效工具。然而,由于代谢物种类繁多,结构差异大,代谢物（尤其是痕量代谢物）定性仍然是代谢组学研究的巨大挑战。液相色谱保留指数（HPLC RI）与分子内H-D交换可辅助代谢物定性。但现有的相关方法存在以下问题:（1）构建HPLC RI所需的校准物种类少,且MS响应差;（2）校准物与代谢物的结构差异大,色谱行为难以保持一致,HPLC RI准确度不高;（3）HDX的可逆性导致进行HDX-LC-MS分析时需使用氘代溶剂作为流动相（D2O,CD3OD）以维持氘代分子的稳定性。这大大提高了分析所需的成本。化学标记是近年来应用于代谢组学的分析策略,结合LC-MS能够提高代谢物的离子化效率,改善色谱行为,引入特征碎片离子。因此,化学标记可在一定程度上解决HPLC RI准确度不高的问题。基于此,我们利用化学标记构建代谢物的HPLC RI用于非目标代谢组学定性,标记后校准物与目标分析物的结构相似度提高,获得的HPLC RI准确度提高。开发了基于化学同位素标记的分子内H-D交换法用于非目标代谢组学定性,经同位素试剂标记后的分析物在碰撞诱导裂解下发生分子内H-D迁移,产生的同位素分布能有效反映分析物的分子内活性H数目,从而有助于代谢物定性。结合上述两种方法,我们建立了化学同位素标记结合LC-MS的方法非目标分析小鼠粪便中的氨基化合物,化学标记有效提高了检测灵敏度,同位素峰对有效减少假阳性峰的干扰。除此以外,我们开发了化学同位素标记结合三重四级杆质谱用于目标代谢物定量分析的方法,同位素标记的标准品能作为同位素内标提高定量准确度:1、建立一种化学标记-HPLC RI的方法来校正代谢物的保留时间的偏移。以DMED-脂肪酸构建DMED-羧基化合物HPLC RI,以DMAP-脂肪胺构建DMAP-氨基化合物HPLC RI。基于此方法建立的HPLC RI,在不同的梯度,色谱柱以及仪器系统下的重现性均远优于RT,能够作为数据库中代谢物的标准保留信息,同时能够区分同分异构体。该方法容易在不同实验室间重现并且可以拓展到其他官能团或特殊结构的代谢物。2、基于化学同位素标记建立一种分子内H-D迁移方法来辅助代谢物定性。化合物经同位素试剂标记后,标记产物在CID下能够产生分子内H-D迁移现象,该H-D迁移能够直接反映分析物的活泼H数目从而能够区分官能团异构的同分异构体。进一步地,我们将该方法运用于小鼠粪便样品氨基化合物的定性中,经过H-D迁移排查,获得的氨基候选物的数目较过滤前减少了64%,这大大减小了后续标准品匹配的工作量以及成本。总而言之,该方法有助于非目标代谢组中的代谢物定性,并且能够推广于含有特定官能团或结构代谢物,如羧基,羰基,顺式二羟基化合物等。3、建立一种化学同位素标记-LC-MS的方法分析小鼠粪便中的氨基化合物。经标记试剂DMAP标记后,氨基代谢物的检测灵敏度得到提高。结合d4-DMAP标记,通过选择具有一定质量差异的同位素双峰而有助于筛选痕量氨基代谢物。同时,对标记产物进行多级碎裂分析,特征碎裂能够进一步地辅助定性氨基代谢物。最终,我们通过比对标准品数据库准确定性了46个氨基化合物,在METLIN数据库中并通过解析MSn,共定性出75个氨基代谢物,470个在METLIN数据库中有结构匹配,其余481个代谢物未能匹配。此外,有87个氨基代谢物在AD与WT小鼠之间具有显著差异。总得来说,化学同位素标记-LC-MS是研究肠道微生物功能及与宿主相互作用的一种有效分析方法。4、建立一种化学同位素标记结合超高效液相色谱质谱联用的方法,检测生物样品中的26种SBs。由于标记试剂DMPI包含叔胺基团,因此标记后灵敏度较标记前大大提高。特别地,d4-DMPI标记的SBs标准品可以作为内标校正检测信号波动。利用该方法,我们成功检测了细胞,小鼠粪便以及人血清中的SBs。3种多次报导作为内标的C17-SBs在所有检测样品中均检测到。此外,我们发现4种SBs在AD与WT小鼠中具有显著性差异;4种SBs在T2DM与健康人血清中具有显著性差异。总的来说,该方法可以用来研究与SBs相关的细胞和疾病。